HARQ의 동작 원리


    HARQ(Hybrid Automatic Repeat and request) 기존에 유무선 통신에서 사용되던 에러 제어 방식인 FEC(forward error-correcting coding)ARQ(Automatic Repeat reQuest)방식의 혼합형이다. 먼저 HARQ 나오게 원리를 설명하기 위해 간단하게 FEC방식과 ARQ 방식의 차이점을 설명하면 다음과 같다.

     

    -          FEC : 피드백 경로를 필요로 하지 않는 에러 정정 기법으로, 송신 측에서 redundancy bit 더해서 메시지를 전송하며, 데이터가 손실되었을 bit 바탕으로 오류를 수정한다.


    Figure 1. FEC 과정

     

    -          ARQ : 정보를 수신하여 에러 검사 결과 오류가 없는 경우(ACK 받았을 경우) 계속 진행하며, NACK 수신이나 time out시에는 에러가 발생한 지점부터 데이터를 재전송한다.


    Figure 2. ARQ 과정

     

    FEC방식과 ARQ방식은 단점을 가지고 있는데 그것을 정리해보면 다음과 같다.

     

    장점

    단점

    FEC

    연속적인 데이터 전송이 가능

    채널 환경이 열악할 전송효율 유지

    구현방식(장비, 코딩) 복잡함

    Redundancy bit 의한 대역 낭비

    ARQ

    구현 방법이 간단

    신뢰도가 높음

    바쁜 채널의 경우 계속적인 재전송 요구로 혼잡가능성이 높아짐

      

    HARQ에서는 따라서 위의 가지의 에러 제어 기법의 장점들을 혼합해서 사용하고 있다가장 간단한 고안으로는 Error-detection Error-correction 동시에 사용하는 방법이다.  Scheme 다음과 같다.


     

    Figure 3. Type1 HARQ 동작원리

     

    Type1 HARQ 방식을 단순하게 조합하여 사용하였다. , Error correction방식과 Error detection 방식을 동시에 사용하고, 완벽하게 수행될 있어야 하므로 추가적인 parity-check bit 요구된다. 때문에 채널환경이 좋은 경우 Type1 HARQ 일반적으로 기본 ARQ보다 throughput 낮다. 하지만, 채널환경이 좋지 않을 경우 Error correction FEC 능력으로 일반 ARQ보다 좋은 throughput 얻을 있다.

    Type2 HARQ 수신자 쪽에서 패킷을 decode하기위해서 여러 다른 재전송된 패킷들을 이용하는 것이다. Type2 이러한 soft combining 기법을 이용해서 패킷을 중첩시키며, diversity 확보해 에러를 줄일 있다.

     

    Figure 4. Type2 HARQ 동작원리

     

    Combining하는 기법으로 Chase Combining Scheme Incremental Redundancy Scheme 사용된다. 각각 CC, IR 표기한다. IR Scheme 경우 Type3 HARQ라고도 불린다. 상세 내용은 다음과 같다.

     


    -          Chase Combining : 모든 retransmission 동일한 정보를 전달한다. 같은 채널을 이용해 encoding 패킷은 동일한 coded bit 가진다. Combining decoding demodulation사이(decoding, demodulation ) 일어난다.

    Figure 5. System model for CC-HARQ

     

     

    -          Incremental Redundancy : 연속해서 오는 재전송된 패킷은 새로운 정보를 가져온다. 일반적으로 재전송중에, 부가적인 parity bits 더해진다. 수신측이 새로 받은 데이터에 이전 정보를 결합시킨다.


     

    Figure 6. System model for IR-HARQ



    References

    1. HARQ Systems: Resource Allocation, Feedback Error Protection, and Bits-to-Symbol Mappings, Linköping University, SE-581 83 Linköping, Sweden.


    Posted by EE June_Kim